氮化釩鐵及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氮化釩鐵及其制備方法，該方法包括以下步驟：將釩氧化物、碳質(zhì)粉末、鐵粉、含水粘結(jié)劑和氮化促進(jìn)劑相混合并壓實(shí)，形成料塊；對(duì)料塊進(jìn)行干燥，然后在反應(yīng)器中在氮?dú)鈿夥障录訜崃蠅K，加熱后冷卻，從而得到氮化釩鐵。根據(jù)本發(fā)明的氮化釩鐵的制備方法，經(jīng)過合理配料以及對(duì)設(shè)備的準(zhǔn)確操作，可以顯著提高氮化釩鐵的表觀密度，以及提高氮化釩鐵中的氮含量。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鐵合金制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地講，本發(fā)明涉及一種氮化釩鐵的制備方 法。 氮化釩鐵及其制備方法

【背景技術(shù)】
[0002] 氮化釩鐵是一種新型的合金添加劑，性能優(yōu)于釩鐵和氮化釩，可廣泛應(yīng)用于高強(qiáng) 度螺蚊鋼筋、高強(qiáng)度管線鋼、高強(qiáng)度型鋼（H型鋼、工字鋼、槽鋼、角鋼）、薄板坯連鑄連軋高 強(qiáng)度鋼帶、非調(diào)質(zhì)鋼、高速工具鋼等產(chǎn)品。尤其是在高強(qiáng)度低合金鋼中，氮化釩鐵比氮化釩、 釩鐵能有效地強(qiáng)化和細(xì)化晶粒，節(jié)約含釩原料，從而降低煉鋼生產(chǎn)成本。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)的氮化釩鐵的制備方法主要包括液態(tài)滲氮法和固態(tài)滲氮法。典型的液態(tài) 滲氮法包括將電爐內(nèi)冶煉的合格的釩鐵熔體放入帶有底氣磚的鋼包中，同時(shí)通入氮?dú)膺M(jìn)行 液態(tài)滲氮。典型的固態(tài)滲氮法包括將按重量百分比計(jì)含有37-52wt %f凡元素的f凡鐵,經(jīng)球磨 后在600kW的電阻爐內(nèi)，在真空度為40Pa (絕對(duì)壓力）的壓力下通入氮?dú)?，并在約1050°C下 滲氮17h。
[0004] 然而，現(xiàn)有技術(shù)的氮化釩鐵制備方法的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，氮化釩鐵產(chǎn)品中含氮量低， 影響釩在鋼中的強(qiáng)化作用；氮化釩鐵產(chǎn)品的表觀密度低，致使在煉鋼過程中加入的氮化釩 鐵容易浮于鋼水之上，不利于合金元素的吸收。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一個(gè)目的在于克服上述技術(shù)的不足，提供一種工藝簡(jiǎn)單的制備氮化釩鐵 的方法。
[0006] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于克服上述技術(shù)的不足，提供一種具有高表觀密度和高氮 含量的氮化釩鐵的制備方法。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的氮化釩鐵的制備方法包括以下步驟：將釩氧化物、碳質(zhì)粉末、鐵粉、 含水粘結(jié)劑和氮化促進(jìn)劑混合并壓實(shí)，形成料塊；對(duì)料塊進(jìn)行干燥，然后在反應(yīng)器中在氮?dú)?氣氛下加熱料塊，加熱后冷卻，從而得到氮化釩鐵，其中，所述氮化促進(jìn)劑為硫酸銨、硫酸氫 銨、碳酸銨、碳酸氫銨、硝酸銨、氯化銨、多釩酸銨、偏釩酸銨、重油、輕油、碳酸亞鐵中的至少 一種，其中，硫酸銨、硫酸氫銨、碳酸銨、碳酸氫銨、硝酸銨、氯化銨、多釩酸銨、偏釩酸銨和碳 酸亞鐵為固體，重油和輕油為液體；在氮?dú)鈿夥障录訜崃蠅K的步驟包括預(yù)熱階段、過渡階 段和氮化燒結(jié)階段，其中，預(yù)熱階段加熱溫度為400°C至低于800°C，預(yù)熱階段加熱時(shí)間為 4h?8h，過渡階段加熱溫度為800°C至低于1200°C，過渡階段加熱時(shí)間為3h?7h，氮化燒 結(jié)階段加熱溫度為1200°C至低于1550°C，氮化燒結(jié)階段加熱時(shí)間為8h?12h。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，當(dāng)?shù)龠M(jìn)劑包含固體時(shí)，可以將釩氧化物、碳質(zhì)粉 末與鐵粉混合，得到第一混合物；可以向第一混合物加入含水粘結(jié)劑并混合，得到第二混合 物；可以將第二混合物與氮化促進(jìn)劑混合并壓實(shí)，形成料塊。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，釩氧化物可以為V0、V02、V20 3、V205中的至少一種，釩 氧化物的粒度小于140目。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，當(dāng)?shù)龠M(jìn)劑為固體時(shí)，含水粘結(jié)劑加入量可以是 鑰;氧化物加入量的5wt%?20wt% ;當(dāng)?shù)龠M(jìn)劑包括重油、輕油中的至少一種液體時(shí)，含 水粘結(jié)劑加入量可以是f凡氧化物加入量的5wt%?10wt%。 toon] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，含水粘結(jié)劑可以是下述物質(zhì)中的至少一種：水；水 和淀粉的混合物；水和聚乙烯醇的混合物；水、淀粉和聚乙烯醇的混合物；其中，水和淀粉 的混合物包含33wt%?91wt%的水；水和聚乙烯醇的混合物包含80wt%?99wt%的水； 水、淀粉和聚乙烯醇的混合物包含40wt%?98wt%的水、lwt%?45wt%的淀粉、lwt%? 15wt%的聚乙烯醇。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，碳質(zhì)粉末可以為石墨、炭黑和活性炭中的至少一種， 碳質(zhì)粉末的粒度可以小于200目。
[0013] 鐵粉的粒度可以大于140目，且可以小于80目。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，當(dāng)?shù)龠M(jìn)劑包括固體時(shí)，氮化促進(jìn)劑的固體部分 粒度可以為小于120目。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，碳質(zhì)粉末加入量可以是釩氧化物加入量的l〇wt%? 40wt%，鐵粉加入量可以是f凡氧化物加入量的10wt%?60wt%，氮化促進(jìn)劑加入量可以是 鑰;氧化物加入量的5wt%?25wt%。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，冷卻步驟可以包括在反應(yīng)器中依次執(zhí)行的氮?dú)鈿夥?下的自然冷卻和強(qiáng)制水冷卻，使得料塊的溫度為50°c?150°C，其中，氮?dú)鈿夥障碌淖匀焕?卻的冷卻時(shí)間可以為lh?4h，氮?dú)鈿夥障碌牡獨(dú)夥謮嚎梢詾?. IMPa?0. 5MPa，強(qiáng)制水冷 卻的冷卻時(shí)間可以為lh?3h。
[0017] 還提供了一種由上述制備方法所制備的氮化釩鐵，所述氮化釩鐵包括13. Owt%? 14. 5wt %的N和61. Owt %?65. 5wt %的V，所述氮化f凡鐵的表觀密度為3. 9g/cm3?4. lg/ cm3。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的氮化釩鐵的制備方法，經(jīng)過合理配料以及對(duì)設(shè)備的準(zhǔn)確操作，可以 顯著提高氮化釩鐵的表觀密度并提高氮化釩鐵中的氮含量。此外，本發(fā)明的氮化釩鐵的制 備方法的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 現(xiàn)有技術(shù)的氮化釩鐵的制備方法主要包括液態(tài)滲氮法和固態(tài)滲氮法。然而，根據(jù) 現(xiàn)有技術(shù)制備氮化釩鐵的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，氮化釩鐵的產(chǎn)品中含氮量低，影響釩在鋼中的強(qiáng) 化作用。此外，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制備的氮化釩鐵產(chǎn)品的表觀密度低，致使在煉鋼過程中加入的 氮化釩鐵容易浮于鋼水之上，不利于合金元素的吸收。
[0020] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供了一種制備工藝相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)簡(jiǎn)單 的氮化釩鐵的制備方法，根據(jù)本發(fā)明的氮化釩鐵的制備方法，可以顯著提高氮化釩鐵的表 觀密度并提高氮化釩鐵中的氮含量。
[0021] 下面將結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)地描述本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種工藝簡(jiǎn)單的制備具有高表觀密度和高氮含量的 氮化釩鐵的方法。下面對(duì)該方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023] 首先，將釩氧化物、碳質(zhì)粉末、鐵粉、含水粘結(jié)劑和氮化促進(jìn)劑進(jìn)行混合，將混合均 勻的物料壓實(shí)，形成料塊。具體地講，含水粘結(jié)劑可以提高釩氧化物、碳質(zhì)粉末、鐵粉和氮化 促進(jìn)劑的混合物料的粘度，使混合物料在外力作用下壓實(shí)以形成料塊，避免后續(xù)工藝過程 中料塊崩碎。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，釩氧化物可以為VO、V02、V20 3、V205中的至少一種。 釩氧化物的粒度可以為小于140目，這樣可以提高碳質(zhì)粉末與釩氧化物反應(yīng)的反應(yīng)界面面 積，以及提高生成的氮化釩鐵的表觀密度。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，碳質(zhì)粉末作為還原釩氧化物的還原劑可以為石墨、 炭黑和活性炭中的至少一種。碳質(zhì)粉末的粒度可以為小于200目，這樣可以提高碳質(zhì)粉末 在壓實(shí)的料塊內(nèi)均勻分布。根據(jù)本發(fā)明的一方面，粒度小于200目的碳質(zhì)粉末在氮化燒結(jié) 階段參與釩氧化物的氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)生成的氣體可以通過氮化促進(jìn)劑在預(yù)熱階段在料 塊內(nèi)部和/或料塊表面形成的微觀空洞和/或微觀通道排出料塊，消耗的碳質(zhì)粉末使得壓 實(shí)的料塊內(nèi)部和/或料塊表面形成的微觀空洞和/或微觀通道更加均勻，促進(jìn)氮?dú)馔ㄟ^所 述微觀空洞和/或微觀通道進(jìn)入料塊內(nèi)部，促進(jìn)氮化反應(yīng)的發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 粒度小于200目的碳質(zhì)粉末還可以提高碳質(zhì)粉末與釩氧化物的接觸面積，提高反應(yīng)速率。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，氮化促進(jìn)劑可以為硫酸銨、硫酸氫銨、碳酸銨、碳酸 氫銨、硝酸銨、氯化銨、多釩酸銨、偏釩酸銨、重油、輕油、碳酸亞鐵中的至少一種，其中，硫酸 銨、硫酸氫銨、碳酸銨、碳酸氫銨、硝酸銨、多釩酸銨、偏釩酸銨、氯化銨和碳酸亞鐵為固體， 重油和輕油為粘稠狀液體。當(dāng)?shù)龠M(jìn)劑含有硫酸銨、硫酸氫銨、碳酸銨、碳酸氫銨、硝酸 銨、氯化銨、多釩酸銨、偏釩酸銨以及碳酸亞鐵中的至少一種固體時(shí)，在料塊預(yù)熱階段，該氮 化促進(jìn)劑的固體部分可以分解產(chǎn)生氣體，該氣體在料塊內(nèi)部和/或料塊表面可以形成微觀 空洞和/或微觀通道，該微觀空洞和/或微觀通道可以釋放碳質(zhì)粉末還原釩氧化物的過程 中在料塊內(nèi)部生成的氣體，促進(jìn)反應(yīng)更加完全。該微觀空洞和/或微觀通道也可以促進(jìn)氮 氣進(jìn)入該微觀空洞和/或微觀通道，促進(jìn)氮化反應(yīng)更加充分。當(dāng)?shù)龠M(jìn)劑含有重油、輕油 中的至少一種液體時(shí)，在料塊預(yù)熱階段，該氮化促進(jìn)劑的液體部分可以汽化，汽化的氮化促 進(jìn)劑同樣可以使料塊內(nèi)部和/或料塊表面形成微觀空洞和/或微觀通道，促進(jìn)碳的還原反 應(yīng)以及氮化反應(yīng)的發(fā)生。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，優(yōu)選地，氮化促進(jìn)劑含有固體時(shí)，可以將釩氧化物、 碳質(zhì)粉末與鐵粉相混合，得到第一混合物，并且可以向第一混合物加入含水粘結(jié)劑并混合， 得到第二混合物，可以將第二混合物與所述氮化促進(jìn)劑混合并壓實(shí)，形成料塊。因?yàn)楣腆w 的氮化促進(jìn)劑可能與水反應(yīng)或接觸水時(shí)發(fā)生反應(yīng)，生成氣體，所以如果將釩氧化物、碳質(zhì)粉 末、鐵粉、含水粘結(jié)劑和固體的氮化促進(jìn)劑直接混合，則降低了氮化促進(jìn)劑在料塊內(nèi)部生成 的氣體量，從而降低了料塊內(nèi)部和/或料塊表面形成的微觀空洞和/或微觀通道的數(shù)量，降 低了氮化促進(jìn)劑的利用率。因此，如上所述，最后將所述的第二混合物與氮化促進(jìn)劑混合以 減小水與氮化促進(jìn)劑接觸的機(jī)會(huì)，并壓實(shí)，從而形成料塊。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，氮化促進(jìn)劑為固體時(shí)，也就是說，氮化促進(jìn)劑為硫酸 銨、硫酸氫銨、碳酸銨、碳酸氫銨、硝酸銨、多釩酸銨、偏釩酸銨、氯化銨、碳酸亞鐵中的至少 一種時(shí)，所述氮化促進(jìn)劑的粒度可以為小于120目，這樣可以促進(jìn)該氮化促進(jìn)劑在料塊內(nèi) 部形成的微觀空洞和/或微觀通道的分布更加均勻，提高該微觀空洞和/或微觀通道釋放 釩氧化物與碳質(zhì)粉末反應(yīng)生成的一氧化碳的效率，并且可以促進(jìn)氮?dú)馔ㄟ^該微觀空洞和/ 或微觀通道充分地進(jìn)入料塊內(nèi)部，提高氮化反應(yīng)程度。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，碳質(zhì)粉末加入量是釩氧化物加入量的10wt %? 40wt%，優(yōu)選為15wt%?35wt%。鐵粉加入量是f凡氧化物加入量的10wt%?60wt%，優(yōu) 選為15wt%?50wt%。氮化促進(jìn)劑加入量是f凡氧化物加入量的5wt%?25wt%，優(yōu)選為 6wt%?15wt%。在此情況下，料塊的氮化反應(yīng)較完全，生成的氮化釩鐵具有較高的表觀密 度以及較高的氮含量。根據(jù)本發(fā)明的一方面，當(dāng)釩氧化物為V 203時(shí)，碳質(zhì)粉末加入量是V203 加入量的l〇wt%?30wt%，優(yōu)選為15wt%?25wt%，鐵粉加入量是V203加入量的10? 60wt%，優(yōu)選為15wt%?50wt%。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，當(dāng)f凡氧化物為V 205時(shí)，碳質(zhì)粉末 加入量是V205加入量的20wt %?40wt %，優(yōu)選為25?35wt %，鐵粉加入量是V205加入量 的 18wt % ?60wt %,優(yōu)選為 20wt % ?50wt %。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，氮化促進(jìn)劑的加入量可以與氮化促進(jìn)劑種類無關(guān)。 也就是說，當(dāng)?shù)龠M(jìn)劑為硫酸銨、硫酸氫銨、碳酸銨、碳酸氫銨、硝酸銨、氯化銨、偏釩酸 銨、多釩酸銨、重油、輕油、碳酸亞鐵中的至少一種時(shí)，氮化促進(jìn)劑的加入量都可以是釩氧化 物加入量的5wt%?25wt%。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，為了能夠?qū)⑩C氧化物、碳質(zhì)粉末、鐵粉和氮化促進(jìn)劑 粘結(jié)更加緊密，可以向釩氧化物、碳質(zhì)粉末、鐵粉和氮化促進(jìn)劑的混合物中加入含水粘結(jié) 齊IJ。含水粘結(jié)劑可以是下述含水粘結(jié)劑中的至少一種：水；水和淀粉的混合物；水和聚乙烯 醇的混合物；水、淀粉和聚乙烯醇的混合物。其中，水和淀粉的混合物包含33wt%?91wt% 的水；水和聚乙烯醇的混合物包含80wt%?99wt%的水；水、淀粉和聚乙烯醇的混合物包 含40wt%?98wt%的水、lwt%?45wt%的淀粉、lwt%?15wt%的聚乙烯醇。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，優(yōu)選地，當(dāng)?shù)龠M(jìn)劑為固體時(shí)，含水粘結(jié)劑加入量 可以是鑰;氧化物加入量的5wt%?20wt%;當(dāng)?shù)龠M(jìn)劑包括重油、輕油中的至少一種液體 時(shí)，由于重油和/或輕油為具有一定粘度的液體，該氮化促進(jìn)劑可以為混合物料提供一定 粘度，但是該氮化促進(jìn)劑粘度較大，因此，混合物料時(shí)需要加入含水粘結(jié)劑，含水粘結(jié)劑加 入量可以是釩氧化物加入量的5wt%?10wt%。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，壓實(shí)物料的壓力沒有特別限定，優(yōu)選地，壓實(shí)物料的 壓力為 9MPa?llMPa。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，壓實(shí)后的料塊形狀沒有特別限定，可以為工藝所需 的任意形狀。
[0035] 然后，對(duì)料塊進(jìn)行干燥處理，然后在反應(yīng)器中在氮?dú)鈿夥障录訜崃蠅K。
[0036] 具體地講，對(duì)料塊進(jìn)行干燥處理，以提高料塊的強(qiáng)度和硬度，防止在預(yù)熱階段料塊 由于升溫過快導(dǎo)致料塊崩碎現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)料塊經(jīng)過干燥處理也可以提高料塊在加熱過 程中的升溫速度。
[0037] 經(jīng)過干燥處理的料塊在反應(yīng)器中在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行加熱的加熱步驟包括預(yù)熱階 段、過渡階段和氮化燒結(jié)階段。預(yù)熱階段加熱溫度為400°C至低于800°C，預(yù)熱階段加熱時(shí) 間為4h?8h。過渡階段加熱溫度為800°C至低于1200°C，過渡階段加熱時(shí)間為3h?7h。 氮化燒結(jié)階段加熱溫度為1200°C至低于1550°C，氮化燒結(jié)階段加熱時(shí)間為8h?12h。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，優(yōu)選地，所述反應(yīng)器可以為推板式隧道窯。在這種情 況下，通過適當(dāng)控制推板式隧道窯內(nèi)不同段內(nèi)的溫度，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)地制備氮化釩鐵，從而 提商氣化I凡鐵的生廣效率。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，對(duì)料塊進(jìn)行干燥處理的干燥溫度可以為150°C? 200°C，干燥時(shí)間可以為10h?100h。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，加熱過程中氣氛下的氮?dú)夥謮嚎梢詾?. IMPa? 0.5MPa，這樣可以提高氮化反應(yīng)的反應(yīng)程度，也可以降低氮?dú)鈮毫?duì)加熱設(shè)備造成的損害。 優(yōu)選地，所述氮?dú)夥謮嚎梢詾?. 2MPa?0. 4MPa。
[0041] 最后，對(duì)加熱后的料塊進(jìn)行冷卻。
[0042] 具體地講，可對(duì)加熱后的料塊進(jìn)行冷卻以將料塊溫度降低至50?150°C。根據(jù)本 發(fā)明的示例性實(shí)施例，冷卻步驟可以包括在反應(yīng)器中執(zhí)行的氮?dú)鈿夥障碌牡獨(dú)庾匀焕鋮s和 強(qiáng)制水冷卻。所述氮?dú)庾匀焕鋮s可以指溫度不超過30°C的氮?dú)鈱?duì)經(jīng)過加熱處理的料塊表面 進(jìn)行吹掃。所述強(qiáng)制水冷卻可以指使用溫度不超過50°C的水與加熱后的料塊間接接觸進(jìn)行 熱交換，所述熱交換一般在換熱器中進(jìn)行。優(yōu)選地，在冷卻步驟中，首先對(duì)加熱后的料塊進(jìn) 行氮?dú)庾匀焕鋮s，然后進(jìn)行強(qiáng)制水冷卻，以促進(jìn)料塊氮化反應(yīng)的反應(yīng)程度。優(yōu)選地，所述氮 氣自然冷卻的冷卻時(shí)間可以為lh?4h，所述強(qiáng)制水冷卻的冷卻時(shí)間可以為lh?3h。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，對(duì)料塊的冷卻步驟還可以包括：在強(qiáng)制水冷卻之后， 將料塊移出反應(yīng)器以進(jìn)行自然冷卻。冷卻后得到具有高表觀密度和高氮含量的氮化釩鐵。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明的制備方法所制備的氮化釩鐵包括13. Owt %?14. 5wt %的N和 61. Owt%?65. 5wt%的V，其表觀密度為3. 9g/cm3?4. lg/cm3。因此，根據(jù)本發(fā)明的制備 方法所制備的氮化釩鐵具有高氮含量和高表觀密度。
[0045] 綜上，根據(jù)本發(fā)明的氮化釩鐵的制備方法，通過在料塊的制備過程中配加定量的 氮化促進(jìn)劑，使料塊在加熱過程中在料塊內(nèi)部形成通道或空洞，從而以簡(jiǎn)單的工藝操作增 大了料塊與氮?dú)獾慕佑|面積和反應(yīng)程度，提高了作為制備產(chǎn)品的氮化釩鐵的氮含量和表觀 密度。
[0046] 以下，通過實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。
[0047] 在以下實(shí)施例中，通過本發(fā)明所述方法獲得的氮化釩鐵產(chǎn)品中的氮含量和釩含量 以及氮化釩鐵產(chǎn)品的表觀密度根據(jù)GB/T20567-2006方法測(cè)得。
[0048] 實(shí)施例1
[0049] 將質(zhì)星為40kg、私:度小于140目的V203，質(zhì)星為9. 2kg、私:度小于200目的石墨粉， 質(zhì)量為9kg、粒度大于140目且小于80目的鐵粉，1. 4kg的淀粉混合均勻，將混合均勻的物 料加入2. 4kg的水，對(duì)物料進(jìn)行濕混30分鐘。將濕混后的物料配入質(zhì)量為2. 4kg的碳酸氫 銨并混合均勻。混合均勻后對(duì)物料施加9MPa的壓力，使所述物料形成a = 50mm、b = 50mm、 c = 30mm的橢球形料塊，其中a, b為橢球料塊的赤道半徑，c為橢球形料塊的極半徑。然 后將所述料塊在180°C溫度下干燥48h。將干燥后的料塊裝入坩堝中，并將所述坩堝送入 推板式隧道窯內(nèi)。根據(jù)推板式隧道窯內(nèi)不同段的溫度特點(diǎn)，沿著裝有料塊的坩堝在推板式 隧道窯內(nèi)的移動(dòng)方向?qū)⑼瓢迨剿淼栏G內(nèi)分為預(yù)熱段、過渡段、氮化燒結(jié)段和冷卻段，所述預(yù) 熱段、過渡段和氮化燒結(jié)段的溫度各自沿著坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的移動(dòng)方向而遞增，所 述冷卻段無加熱元件對(duì)推板式隧道窯內(nèi)該段進(jìn)行加熱，其中預(yù)熱階段加熱溫度為400°C至 低于800°C，過渡階段加熱溫度為800°C至低于1200°C，氮化燒結(jié)階段加熱溫度為1200°C? 1550°C。裝有料塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)加熱的過程中向所述推板式隧道窯內(nèi)通入氮 氣，使坩堝內(nèi)的料塊在氮?dú)夥謮簽椹? 3MPa的氮?dú)鈿夥障乱来卧谒鲱A(yù)熱段、過渡段和氮化 燒結(jié)段內(nèi)進(jìn)行加熱。通過控制裝有料塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的移動(dòng)速度，使裝有料塊 的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的預(yù)熱段、過渡段、燒結(jié)段分別停留51 1、611、1011。然后，通過向推板 式隧道窯的冷卻段內(nèi)通入室溫下的氮?dú)?，使?jīng)過氮化燒結(jié)加熱后的料塊在冷卻段內(nèi)進(jìn)行氮 氣冷卻2h。然后通過在氮?dú)饫鋮s段的下游的推板式隧道窯的外殼上設(shè)置水冷套，對(duì)經(jīng)過氮 氣冷卻的料塊進(jìn)行水冷卻2h，以將坩堝內(nèi)的物料冷卻至140°C，從而得到氮化釩鐵產(chǎn)品。
[0050] 根據(jù)上述方法獲得的氮化釩鐵產(chǎn)品中氮元素按質(zhì)量百分比計(jì)占氮化釩鐵質(zhì)量的 13. 6wt %凡元素按質(zhì)量百分比計(jì)占氮化f凡鐵質(zhì)量的65. 2wt %，所述氮化f凡鐵產(chǎn)品的表觀 密度為4. Og/cm3。
[0051] 實(shí)施例2
[0052] 根據(jù)實(shí)施例1的方法制備氮化釩鐵，所不同的是：
[0053] (1)將質(zhì)量為40kg、粒度小于140目的V203，質(zhì)量為4. 8kg、粒度小于200目的炭黑， 質(zhì)量為18kg、粒度大于140目且小于80目的鐵粉，質(zhì)量為10. 4kg淀粉混合均勻，將混合均 勻的物料加入5. 2kg的水，對(duì)物料進(jìn)行濕混30分鐘，將濕混后的物料配入質(zhì)量為5. 2kg的 硫酸銨并混合均勻?；旌暇鶆蚝髮?duì)物料施加 lOMPa的壓力，使所述物料形成a = 50mm、b = 50mm、c = 30mm的橢球形料塊，其中a, b為橢球料塊的赤道半徑，c為橢球形料塊的極半徑。 然后將所述料塊在190°C溫度下干燥48h。將干燥后的料塊裝入坩堝中，并將所述坩堝送入 推板式隧道窯內(nèi)。
[0054] (2)裝有料塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)加熱的過程中向所述推板式隧道窯內(nèi)通入 氮?dú)?，使坩堝?nèi)的料塊在氮?dú)夥謮簽椹? 5MPa的氮?dú)鈿夥障乱来卧谒鲱A(yù)熱段、過渡段和氮 化燒結(jié)段內(nèi)進(jìn)行加熱。通過控制裝有料塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的移動(dòng)速度，使裝有料 塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的預(yù)熱段、過渡段、燒結(jié)段分別停留4. 5h、5. 5h、10. 5h。
[0055] (3)經(jīng)過氮化燒結(jié)加熱后的料塊在冷卻段內(nèi)進(jìn)行氮?dú)饫鋮slh，然后通過在氮?dú)饫?卻段的下游的推板式隧道窯的外殼上設(shè)置水冷套，對(duì)經(jīng)過氮?dú)饫鋮s的料塊進(jìn)行水冷卻3h， 以將坩堝內(nèi)的物料冷卻至70°C。
[0056] 根據(jù)上述方法獲得的氮化釩鐵產(chǎn)品中氮元素按質(zhì)量百分比計(jì)占氮化釩鐵質(zhì)量的 14. Owt %凡元素按質(zhì)量百分比計(jì)占氮化f凡鐵質(zhì)量的64. 8wt %，所述氮化f凡鐵產(chǎn)品的表觀 密度為4. Og/cm3。
[0057] 實(shí)施例3
[0058] 根據(jù)實(shí)施例1的方法制備氮化釩鐵，所不同的是：
[0059] (1)將質(zhì)量為40kg、粒度小于140目的V203，質(zhì)量為11. 2kg、粒度小于200目的活 性炭，質(zhì)量為23. 2kg、粒度大于140目且小于80目的鐵粉混合均勻，將混合均勻的物料加入 按重量百分比計(jì)含有10wt%聚乙烯醇的水溶液7. 2kg，對(duì)物料進(jìn)行濕混30分鐘，將濕混后 的物料配入質(zhì)量為7. 2kg的硝酸銨并混合均勻。混合均勻后對(duì)物料施加 llMPa的壓力，使 所述物料形成a = 50mm、b = 50mm、c = 30mm的橢球形料塊，其中a, b為橢球料塊的赤道 半徑，c為橢球形料塊的極半徑。然后將所述料塊在180°C溫度下干燥48h。將干燥后的料 塊裝入坩堝中，并將所述坩堝送入推板式隧道窯內(nèi)。
[0060] (2)裝有料塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)加熱的過程中向所述推板式隧道窯內(nèi)通入 氮?dú)?，使坩堝?nèi)的料塊在氮?dú)夥謮簽閛. 4MPa的氮?dú)鈿夥障乱来卧谒鲱A(yù)熱段、過渡段和氮 化燒結(jié)段內(nèi)進(jìn)行加熱。通過控制裝有料塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的移動(dòng)速度，使裝有料 塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的預(yù)熱段、過渡段、燒結(jié)段分別停留5. 5h、4. 5h、9. 5h。
[0061] (3)使經(jīng)過氮化燒結(jié)加熱后的料塊在冷卻段內(nèi)進(jìn)行氮?dú)饫鋮s4h，然后通過在氮?dú)?冷卻段的下游的推板式隧道窯的外殼上設(shè)置水冷套，對(duì)經(jīng)過氮?dú)饫鋮s的料塊進(jìn)行水冷卻 lh，以將坩堝內(nèi)的物料冷卻至50°C。
[0062] 根據(jù)上述方法獲得的氮化釩鐵產(chǎn)品中氮元素按質(zhì)量百分比計(jì)占氮化釩鐵質(zhì)量的 14. Owt %凡元素按質(zhì)量百分比計(jì)占氮化f凡鐵質(zhì)量的64. 8wt %，所述氮化f凡鐵產(chǎn)品的表觀 密度為3. 9g/cm3。
[0063] 實(shí)施例4
[0064] 根據(jù)實(shí)施例1的方法制備氮化釩鐵，所不同的是：
[0065] (1)將質(zhì)星為40kg、私:度小于140目的V205，質(zhì)星為8. 8kg、私:度小于200目的活 性炭，質(zhì)量為7. 6kg、粒度大于140目且小于80目的鐵粉混合均勻，將混合均勻的物料加入 2. 4kg的水，對(duì)物料進(jìn)行濕混30分鐘，將濕混后的物料配入質(zhì)量為3. 6kg的氯化銨并混合均 勻。混合均勻后對(duì)物料施加 llMPa的壓力，使所述物料形成a = 50mm、b = 50mm、c = 30mm 的橢球形料塊，其中a，b為橢球料塊的赤道半徑，c為橢球形料塊的極半徑。然后將所述料 塊在190°C溫度下干燥48h。將干燥后的料塊裝入坩堝中，并將所述坩堝送入推板式隧道窯 內(nèi)。
[0066] (2)裝有料塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)加熱的過程中向所述推板式隧道窯內(nèi)通入 氮?dú)?，使坩堝?nèi)的料塊在氮?dú)夥謮簽椹? 3MPa的氮?dú)鈿夥障乱来卧谒鲱A(yù)熱段、過渡段和氮 化燒結(jié)段內(nèi)進(jìn)行加熱。通過控制裝有料塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的移動(dòng)速度，使裝有料 塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的預(yù)熱段、過渡段、燒結(jié)段分別停留7h、4h、8h。
[0067] (3)使經(jīng)過氮化燒結(jié)加熱后的料塊在冷卻段內(nèi)進(jìn)行氮?dú)饫鋮slh，然后通過在氮?dú)?冷卻段的下游的推板式隧道窯的外殼上設(shè)置水冷套，對(duì)經(jīng)過氮?dú)饫鋮s的料塊進(jìn)行水冷卻 3h，以將坩堝內(nèi)的物料冷卻至80°C。
[0068] 根據(jù)上述方法獲得的氮化釩鐵產(chǎn)品中氮元素按質(zhì)量百分比計(jì)占氮化釩鐵質(zhì)量的 13. 4wt %凡元素按質(zhì)量百分比計(jì)占氮化f凡鐵質(zhì)量的61. 2wt %，所述氮化f凡鐵產(chǎn)品的表觀 密度為3. 9g/cm3。
[0069] 實(shí)施例5
[0070] 根據(jù)實(shí)施例1的方法制備氮化釩鐵，所不同的是：
[0071] (1)將質(zhì)量為40kg、粒度小于140目的V205，質(zhì)量為11. 2kg、粒度小于200目的炭 黑，質(zhì)量為15. 2kg、粒度大于140目且小于80目的鐵粉混合均勻，將混合均勻的物料加入 1. 2kg的水，對(duì)物料進(jìn)行濕混30分鐘，將濕混后的物料配入質(zhì)量為6. 8kg的重油并混合均 勻。混合均勻后對(duì)物料施加 llMPa的壓力，使所述物料形成a = 50mm、b = 50mm、c = 30mm 的橢球形料塊，其中a，b為橢球料塊的赤道半徑，c為橢球形料塊的極半徑。然后將所述料 塊在180°C溫度下干燥48h。將干燥后的料塊裝入坩堝中，并將所述坩堝送入推板式隧道窯 內(nèi)。
[0072] (2)裝有料塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)加熱的過程中向所述推板式隧道窯內(nèi)通入 氮?dú)?，使坩堝?nèi)的料塊在氮?dú)夥謮簽椹? 3MPa的氮?dú)鈿夥障乱来卧谒鲱A(yù)熱段、過渡段和氮 化燒結(jié)段內(nèi)進(jìn)行加熱。通過控制裝有料塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的移動(dòng)速度，使裝有料 塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的預(yù)熱段、過渡段、燒結(jié)段分別停留5h、5h、llh。
[0073] (3)使經(jīng)過氮化燒結(jié)加熱后的料塊在冷卻段內(nèi)進(jìn)行氮?dú)饫鋮s2h，然后通過在氮?dú)?冷卻段的下游的推板式隧道窯的外殼上設(shè)置水冷套，對(duì)經(jīng)過氮?dú)饫鋮s的料塊進(jìn)行水冷卻 3h，以將坩堝內(nèi)的物料冷卻至150°C。
[0074] 根據(jù)上述方法獲得的氮化釩鐵產(chǎn)品中氮元素按質(zhì)量百分比計(jì)占氮化釩鐵質(zhì)量的 14. 2wt%，f凡元素按質(zhì)量百分比計(jì)占氮化f凡鐵質(zhì)量的61. 5wt%，所述氮化f凡鐵產(chǎn)品的表觀 密度為4. lg/cm3。
[0075] 實(shí)施例6
[0076] 根據(jù)實(shí)施例1的方法制備氮化釩鐵，所不同的是：
[0077] (1)將質(zhì)量為40kg、粒度小于140目的V205，質(zhì)量為14. 8kg、粒度小于200目的活 性炭，質(zhì)量為23. 2kg、粒度大于140目且小于80目的鐵粉混合均勻，將混合均勻的物料加入 3. 2kg的水與質(zhì)量為9. 6kg的輕油并混合均勻，混合均勻后對(duì)物料施加 llMPa的壓力，使所 述物料形成a = 50mm、b = 50mm、c = 30mm的橢球形料塊，其中a, b為橢球料塊的赤道半 徑，c為橢球形料塊的極半徑。然后將所述料塊在180°C溫度下干燥48h。將干燥后的料塊 裝入坩堝中，并將所述坩堝送入推板式隧道窯內(nèi)。
[0078] (2)裝有料塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)加熱的過程中向所述推板式隧道窯內(nèi)通入 氮?dú)?，使坩堝?nèi)的料塊在氮?dú)夥謮簽椹? 4MPa的氮?dú)鈿夥障乱来卧谒鲱A(yù)熱段、過渡段和氮 化燒結(jié)段內(nèi)進(jìn)行加熱。通過控制裝有料塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的移動(dòng)速度，使裝有料 塊的坩堝在推板式隧道窯內(nèi)的預(yù)熱段、過渡段、燒結(jié)段分別停留4h、6h、12h。
[0079] (3)使經(jīng)過氮化燒結(jié)加熱后的料塊在冷卻段內(nèi)進(jìn)行氮?dú)饫鋮slh，然后通過在氮?dú)?冷卻段的下游的推板式隧道窯的外殼上設(shè)置水冷套，對(duì)經(jīng)過氮?dú)饫鋮s的料塊進(jìn)行水冷卻 2h，以將坩堝內(nèi)的物料冷卻至100°C。
[0080] 根據(jù)上述方法獲得的氮化釩鐵產(chǎn)品中氮元素按質(zhì)量百分比計(jì)占氮化釩鐵質(zhì)量的 14. 3wt%，f凡元素按質(zhì)量百分比計(jì)占氮化f凡鐵質(zhì)量的65. lwt%，所述氮化f凡鐵產(chǎn)品的表觀 密度為4. lg/cm3。
[0081] 對(duì)比例1
[0082] 將按重量百分比計(jì)含有48. Olwt %的釩元素的釩鐵經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎，破碎后的 粒度為5?10mm的釩鐵按重量百分比計(jì)占總釩鐵量的35%，破碎后的粒度為10?20mm的 釩鐵按重量百分比計(jì)占總釩鐵量的65%，每個(gè)石墨坩堝中釩鐵裝入量為30kg，將石墨坩堝 至于推板式隧道窯的石墨軌道上，從而進(jìn)入氮?dú)鈿夥盏姆忾]倉內(nèi)；推板式隧道窯內(nèi)氮?dú)鈮?力為0. 30MPa，氮?dú)獾募兌葹?9. 999%，推板速度為0. 02m/min，氮化時(shí)間為10h，推板式隧 道窯內(nèi)根據(jù)不同段的溫度不同，分為預(yù)熱段、氮化燒結(jié)段、降溫段和冷卻段。推板式隧道窯 內(nèi)溫度要求為預(yù)熱段控制溫度為600°C，氮化燒結(jié)段控制溫度為1200°C，降溫段溫度控制 為600°C，冷卻段溫度控制在120°C，冷卻后獲得氮化釩鐵產(chǎn)品。
[0083] 根據(jù)上述方法獲得的氮化釩鐵產(chǎn)品中氮元素按質(zhì)量百分比計(jì)占氮化釩鐵質(zhì)量的 12. 50wt%，f凡元素按質(zhì)量百分比計(jì)占氮化f凡鐵質(zhì)量的48. 5wt%，所述氮化f凡鐵產(chǎn)品的表觀 密度為3. 2g/cm3。
[0084] 根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比例相比較，使用本發(fā)明的氮化釩鐵的制
【權(quán)利要求】
1. 一種氮化釩鐵的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟： 將釩氧化物、碳質(zhì)粉末、鐵粉、含水粘結(jié)劑和氮化促進(jìn)劑混合并壓實(shí)，形成料塊； 對(duì)料塊進(jìn)行干燥，然后在反應(yīng)器中在氮?dú)鈿夥障录訜崃蠅K，加熱后冷卻，從而得到氮化 釩鐵，其中， 所述氮化促進(jìn)劑為硫酸銨、硫酸氫銨、碳酸銨、碳酸氫銨、硝酸銨、氯化銨、多釩酸銨、偏 釩酸銨、重油、輕油、碳酸亞鐵中的至少一種，其中，硫酸銨、硫酸氫銨、碳酸銨、碳酸氫銨、硝 酸銨、氯化銨、多釩酸銨、偏釩酸銨和碳酸亞鐵為固體，重油和輕油為液體； 在氮?dú)鈿夥障录訜崃蠅K的步驟包括預(yù)熱階段、過渡階段和氮化燒結(jié)階段，其中，預(yù)熱 階段加熱溫度為400°c至低于800°C，預(yù)熱階段加熱時(shí)間為4h?8h，過渡階段加熱溫度為 800°C至低于1200°C，過渡階段加熱時(shí)間為3h?7h，氮化燒結(jié)階段加熱溫度為1200°C至低 于1550°C，氮化燒結(jié)階段加熱時(shí)間為8h?12h。
2. 如權(quán)利要求1所述的氮化釩鐵的制備方法，其特征在于，當(dāng)?shù)龠M(jìn)劑包含固體時(shí)， 將釩氧化物、碳質(zhì)粉末與鐵粉混合，得到第一混合物；向第一混合物加入含水粘結(jié)劑并混 合，得到第二混合物；將第二混合物與氮化促進(jìn)劑混合并壓實(shí)，形成料塊。
3. 如權(quán)利要求1所述的氮化釩鐵的制備方法，其特征在于，釩氧化物為VO、V02、V203、 V2〇5中的至少一種，釩氧化物的粒度小于140目。
4. 如權(quán)利要求1所述的氮化釩鐵的制備方法，其特征在于，當(dāng)?shù)龠M(jìn)劑為固體時(shí)，含 水粘結(jié)劑加入量是銀氧化物加入量的5wt%?20wt%;當(dāng)?shù)龠M(jìn)劑包括重油、輕油中的至 少一種液體時(shí)，含水粘結(jié)劑加入量是釩氧化物加入量的5wt%?10wt%。
5. 如權(quán)利要求1所述的氮化釩鐵的制備方法，其特征在于，含水粘結(jié)劑是下述物質(zhì)中 的至少一種：水；水和淀粉的混合物；水和聚乙烯醇的混合物；水、淀粉和聚乙烯醇的混合 物； 其中，水和淀粉的混合物包含33wt%?91wt%的水；水和聚乙烯醇的混合物包含 80wt%?99wt%的水；水、淀粉和聚乙烯醇的混合物包含40wt%?98wt%的水、lwt%? 45wt%的淀粉、lwt%?15wt%的聚乙烯醇。
6. 如權(quán)利要求1所述的氮化釩鐵的制備方法，其特征在于，碳質(zhì)粉末為石墨、炭黑和活 性炭中的至少一種，碳質(zhì)粉末的粒度小于200目，鐵粉的粒度大于140目，且小于80目。
7. 如權(quán)利要求1所述的氮化釩鐵的制備方法，其特征在于，當(dāng)?shù)龠M(jìn)劑包括固體時(shí)， 氮化促進(jìn)劑的固體部分粒度為小于120目。
8. 如權(quán)利要求1所述的氮化釩鐵的制備方法，其特征在于，碳質(zhì)粉末加入量是釩氧化 物的加入量的l〇wt %?40wt %，鐵粉加入量是f凡氧化物加入量的10wt %?60wt %，氮化促 進(jìn)劑加入量是鑰;氧化物加入量的5wt%?25wt%。
9. 如權(quán)利要求1所述的氮化釩鐵的制備方法，其特征在于，冷卻步驟包括在反應(yīng)器 中依次執(zhí)行氮?dú)鈿夥障碌淖匀焕鋮s和強(qiáng)制水冷卻，使得料塊的溫度達(dá)到50°C?150°C，其 中，氮?dú)鈿夥障碌淖匀焕鋮s的冷卻時(shí)間為lh?4h，氮?dú)鈿夥障碌牡獨(dú)夥謮簽?. IMPa? 0. 5MPa，強(qiáng)制水冷卻的冷卻時(shí)間為lh?3h。
10. -種如權(quán)利要求1?9中任意一項(xiàng)的制備方法所制備的氮化釩鐵，其特征在于，所 述氮化I凡鐵包括13. Owt%?14. 5wt%的N和61. Owt%?65. 5wt%的V，所述氮化鑰;鐵的表 觀密度為 3. 9g/cm3 ?4. lg/cm3。
【文檔編號(hào)】C22C1/05GK104046824SQ201410309698
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】王乖寧, 杜勇, 王小江, 張滿園, 王志銘 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司